[发明专利]阻隔地震兰姆波传播的地震超材料及方法

说明书

本公开提供了一种阻隔地震兰姆波传播的地震超材料及方法，属于基础隔震技术领域。该地震超材料包括多个周期排列的超材料单胞，所述超材料单胞包括钢块和土块，所述土块的外围呈立方体，所述土块内部中心设置有容置腔，所述钢块位于所述容置腔内，所述容置腔与所述钢块的外围形状相匹配，所述钢块与所述土块的接触面紧密贴合，所述土块的材料的弹性模量为0‑90MPa，质量密度为600‑2200kg/m³。该超材料结构简单，能够阻隔兰姆波地震，保护建筑物。

技术领域

本公开涉及基础隔震技术领域，尤其涉及一种阻隔地震兰姆波传播的地震超材料及方法。

背景技术

在自然灾害中，地震对建筑物的破坏最为严重，并可能对环境、经济和社会造成更大的破坏。全世界每年有数百万次地震发生在里氏5.0或以上的1000次以上。地震发生时，地震波从震源深处传播，携带巨大的能量向四面八方发射，可对土木结构造成重大破坏。

传统的抗震设计主要集中在结构本身的抗震设计上，通过增加结构构件的截面，以确保该结构具有足够的强度，刚度和延展性，利用结构的非线性状态来存储和消耗地震能量，从而提高结构本身的抗震性能。然而，由于结构体系的复杂性和对抗震性能要求的日益提升，传统结构抗震性能的分析和设计方法，很难满足要求。

此外，通过在建筑结构周围增加抗震材料也可完成抗震设计。目前，具有人造复合结构的超材料近年来发展迅速，为抗震设计提供了新的思路。现有技术中，已有的地震超材料大多集中在屏蔽地震波的面波和体波，对于在特定地质环境下产生的兰姆波，也携带地震能量并破坏建筑物，有时会在地震记录中占主导地位，却很少有地震超材料能去屏蔽兰姆波。另外，大多数地震超材料都集中在复杂的构型和多材料体系上，这对地震超材料的实际应用提出了重大挑战。

所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种阻隔地震兰姆波传播的地震超材料及方法，该超材料结构简单，能够阻隔地震兰姆波，保护建筑物，减轻地震的影响。

为实现上述发明目的，本公开采用如下技术方案：

根据本公开的第一个方面，提供一种阻隔地震兰姆波传播的地震超材料，包括多个周期排列的超材料单胞，所述超材料单胞包括钢块和土块，所述土块的外围呈立方体，所述土块内部中心设置有容置腔，所述钢块位于所述容置腔内，所述容置腔与所述钢块的外围形状相匹配，所述钢块与所述土块的接触面紧密贴合，所述土块的材料的弹性模量为0-90MPa，质量密度为600-2200kg/m³。

在本公开的一种示例性实施例中，所述钢块包括相互垂直的第一钢板和第二钢板，所述第一钢板和所述第二钢板均为方体结构，所述第一钢板和所述第二钢板的长度均小于所述土块的外围边长，所述第一钢板的宽度小于所述第一钢板的长度，所述第二钢板的宽度小于所述第二钢板的长度，所述第一钢板和所述第二钢板的高度等于所述土块的外围边长。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一钢板的内部中心设置有第一空腔，所述第一空腔贯穿所述第一钢板在高度方向上的相对两个表面，所述第一空腔为方体结构，所述第二钢板的内部中心设置有第二空腔，所述第二空腔贯穿所述第二钢板在高度方向上的相对两个表面，所述第二空腔为方体结构。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一空腔、所述第二空腔、所述第一钢板和所述第二钢板在高度方向上的中轴线重合。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一钢板和所述第二钢板形状大小相同，所述第一空腔和所述第二空腔的形状大小相同。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一钢板的长度/所述土块的外围边长＝0.8，所述第二钢板的长度/所述土块的外围边长＝0.8。